Пример 1. Рассчитайте среднюю скорость реакции окисления SО2 в SО3 на первом слое катализатора, если степень превращения SО2 в SО3 составляет 0.67

Рассчитайте среднюю скорость реакции окисления SО₂ в SО₃ на первом слое катализатора, если степень превращения SО₂ в SО₃ составляет 0.67. Исходные концентрации в %(по объему): SО₂ – 10%, О₂ – 11%, N₂ – 72%. Константа скорости k = 2.81·10⁵.

Решение.

Движущую силу обратимой реакции

SО₂ + ½ О₂ ↔ SО₃

рассчитываем по формуле:

ΔС =( – ) · ( – )^1/2,

где и – начальные концентрации SО₂ и О₂; и – равновесные концентрации SО₂ и О₂. Найдем и . Расчет ведем на 100 моль.

Первоначально в смеси 10 моль SО₂, 11 моль О₂, 79 моль N₂. В результате реакции образовалось 10 · 0.67 = 6.7 моль SО₃, на что израсходовано 6.7 моль SО₂ и 6.7/2 моль О₂.

Осталось непрореагировавших: 10 – 6.7 = 3.3 моль SО₂ и
11 – 3.35 = 7.76 моль О₂.

Равновесный состав газовой смеси: 3.3 моль SО₂, 7.65 моль О₂, 6.7 моль SО₃, 79 моль N₂, т.е. всего смеси газов 96.65 моль.

Определим равновесные концентрации SО₂ и О₂:

(3.3 /96.65) · 100% = 3.42% SО₂; (7.65 /96.65) · 1000% = 7.92% О₂.

Находим движущую силу обратимой реакции:

ΔС = (10 – 3.42) · √11 – 7.92 =6.58 · 1.75 = 11.54.

По формуле (4.4) рассчитываем скорость процесса:

v = 2.81 · 10⁵ · 11.54 = 32.427·10⁵ (моль/мин).